利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)和微流體芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)和具有其的微流體芯片，其中微流道結(jié)構(gòu)包括：樣本流流道；上層縱向聚焦流流道，上層縱向聚焦流流道疊設(shè)在樣本流流道的上方；下層縱向聚焦流流道，下層縱向聚焦流流道疊設(shè)在樣本流流道的下方；兩個(gè)橫向聚焦流流道，兩個(gè)橫向聚焦流流道分別設(shè)在樣本流流道的左側(cè)和右側(cè)，每個(gè)橫向聚焦流流道在液流方向上、從后至前寬度逐漸減小，每個(gè)橫向聚焦流流道的最大寬度大于樣本流流道的寬度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)樣本流的二維聚焦，可以防止樣本流被鞘液流沖散，保持液流穩(wěn)定，保證樣本流的二維聚焦效果。
【專利說明】
利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)和微流體芯片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及微流體通道技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)和為微流體芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)，微流體芯片常被用于檢測細(xì)胞、胚胎、RNA、DNA、蛋白質(zhì)顆粒、微生物、病毒等生物微粒。檢測中，微流體芯片需要穩(wěn)定地將包含生物微粒的樣本流聚焦在微流道的中心位置，以提高檢測的準(zhǔn)確性、靈敏度和穩(wěn)定性。受限于加工技術(shù)，微流道能僅能在平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的曲線結(jié)構(gòu)，但在垂直方向多為垂直管壁、或由加工工藝決定的傾斜或碗型管壁。因此，相關(guān)技術(shù)中的微流道結(jié)構(gòu)能夠完成對(duì)樣本流在水平面內(nèi)的橫向聚焦，但難以完成垂直方向的縱向聚焦、以及同時(shí)包含兩個(gè)方向的二維聚焦，既難以將樣本流聚焦在微流道的中心位置。有些設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)二維聚焦，但流速較低、樣本流聚焦后截面積較大，如中心流速低于lm/s、截面積邊長為數(shù)十微米，而商業(yè)流式細(xì)胞儀的中心流速多為3-lOm/s、生物微粒的尺度多在ΙΟμπι以下乃至更小。因而，這些設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)生物微粒的高速檢測，同時(shí)降低了檢測的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，此外，有些微流道結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)二維聚焦，且具備高流速、小截面的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，該微道流結(jié)構(gòu)可以利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維聚焦的功能，結(jié)構(gòu)簡單。
[0004]本發(fā)明還提出一種具有上述利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)的微流體芯片。
[0005]根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，包括:樣本流流道，所述樣本流流道在前后方向沿直線延伸，所述樣本流流道的兩端形成樣本流入口和液流出口 ；上層縱向聚焦流流道，所述上層縱向聚焦流流道疊設(shè)在所述樣本流流道的上方且與所述樣本流流道連通;下層縱向聚焦流流道，所述下層縱向聚焦流流道疊設(shè)在所述樣本流流道的下方且與所述樣本流流道連通;兩個(gè)橫向聚焦流流道，所述兩個(gè)橫向聚焦流流道分別設(shè)在所述樣本流流道的左側(cè)和右側(cè)，且分別與所述樣本流流道、所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道連通，每個(gè)所述橫向聚焦流流道在液流方向上、從后至前寬度逐漸減小，每個(gè)所述橫向聚焦流流道的最大寬度大于所述樣本流流道的寬度。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)橫向聚焦流流道設(shè)在樣本聚焦流流道的左右兩側(cè)，使樣本流可以首先實(shí)現(xiàn)橫向聚焦，即在橫向方向上壓縮樣本流的尺寸，將上層縱向聚焦流流道和下層縱向聚焦流流道分別設(shè)在對(duì)應(yīng)位置上的橫向聚焦流流道的上方和下方，使樣本流可以實(shí)現(xiàn)縱向聚焦，即當(dāng)上層縱向聚焦流流道和下層縱向聚焦流流道中的鞘液流對(duì)稱地進(jìn)入中間層的樣本流流道可壓縮樣本流的縱向尺寸，從而在整體上實(shí)現(xiàn)樣本流的二維聚焦，由于鞘液流的流量遠(yuǎn)大于樣本流的流量，將橫向聚焦流流道的寬度設(shè)置成大于樣本流流道的寬度，可以確保樣本流與鞘液流交匯時(shí)、樣本流的速度/動(dòng)壓略大于鞘液流、防止樣本流被鞘液流沖散，保持液流穩(wěn)定，保證樣本流的二維聚焦效果。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述兩個(gè)橫向聚焦流流道關(guān)于所述樣本流流道的縱向中心截面左右對(duì)稱。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其特征在于，所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道關(guān)于所述樣本流流道的橫向中心截面上下對(duì)稱。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述上層縱向聚焦流流道和/或所述下層縱向聚焦流流道包括:直線流道部，所述直線流道部與所述樣本流流道在上下方向上對(duì)齊布置;左側(cè)弧線流道部，所述左側(cè)弧線流道部設(shè)在所述直線流道部的左側(cè)，且所述左側(cè)弧線流道部的前端與所述直線流道部的后端相切且連通;右側(cè)弧線流道部，所述右側(cè)弧線流道部設(shè)在所述直線流道部的右側(cè)，且所述右側(cè)弧線流道部的前端與所述直線流道部的后端相切且連通，所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道的外側(cè)輪廓線與所述兩個(gè)橫向聚焦流流道相背的外側(cè)輪廓線在上下方向上對(duì)齊布置。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述左側(cè)弧線流道部的前端和所述右側(cè)弧線流道部的前端連通，且所述左側(cè)弧線流道部與所述右側(cè)弧線流道部交匯處的內(nèi)側(cè)輪廓線之間的夾角為α，50° < α < 80° ο
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述直線流道部的前端面形成平面或者中部向前凸出的非平面。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述兩個(gè)橫向聚焦流流道分別形成相背設(shè)置的弧形，且每個(gè)所述橫向聚焦流流道的寬度大于所述左側(cè)弧線流道部和所述右側(cè)弧線流道部的寬度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)所述橫向聚焦流流道的相背的外側(cè)輪廓線和相對(duì)的內(nèi)側(cè)輪廓線分別與所述樣本流流道的外輪廓線相切設(shè)置。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述樣本流流道的縱向厚度與兩個(gè)所述橫向聚焦流流道的縱向厚度相等，所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道的縱向厚度相等。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述樣本流流道的縱向厚度與所述上層縱向聚焦流流道/所述下層縱向聚焦流流道的縱向厚度相等。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述樣本流流道的縱向厚度與所述上層縱向聚焦流流道/所述下層縱向聚焦流流道的縱向厚度不相等。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括兩個(gè)聚焦流入口，所述兩個(gè)聚焦流入口分別與兩個(gè)所述橫向聚焦流流道、所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道連通，所述兩個(gè)聚焦流入口通過管路與一個(gè)液流源連通。
[0019]根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的微流體芯片，包括根據(jù)上述實(shí)施例所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包括:第一片體，所述第一片體上形成有所述樣本流流道和兩個(gè)所述橫向聚焦流流道;第二片體，所述第二片體疊設(shè)在所述第一片體的上方，且所述第二片體上形成有所述上層縱向聚焦流流道;第三片體，所述第三片體疊設(shè)在所述第一片體的下方，且所述第三片體上形成有所述下層縱向聚焦流流道;上蓋，所述上蓋疊設(shè)在所述第二片體的上方;下蓋，所述下蓋疊設(shè)在所述第三片體的下方，所述上蓋和所述下蓋中的至少一個(gè)設(shè)有聚焦流注入口、與所述樣本流入口連通的樣本流注入口和與所述液流出口連通的輸出口。
[0021]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1中所示的微流道結(jié)構(gòu)的爆炸圖；
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖以及不同位置的截面剖視圖；
[0025]圖4是根據(jù)又一個(gè)本發(fā)明實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5是圖1中所示的微流道結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0027]圖6是圖1中所示的微流道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖以及局部放大圖；
[0028]圖7是圖1中所示的微流道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖以及截面剖視圖；
[0029]圖8根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微流體芯片的立體圖；
[0030]圖9是圖8中所示的結(jié)構(gòu)的爆炸圖。
[0031]附圖標(biāo)記:
[0032]a:樣本流;b:鞘液流;c:液流源；
[0033]1:微流體芯片；
[0034]100:微流道結(jié)構(gòu)；
[0035]111:樣本流流道;111a:樣本流入口； 111b:液流出口；
[0036]112:橫向聚焦流流道;112a:聚焦流入口；
[0037]120:上層縱向聚焦流流道；
[0038]121(131):直線流道部；
[0039]122(132):左側(cè)弧線流道部；
[0040]123(133):右側(cè)弧線流道部；
[0041]130:下層縱向聚焦流流道；
[0042]210:第一片體;220:第二片體;230:第三片體;240:上蓋;241:樣本流注入口 ；
[0043]242:輸出口；243:聚焦流注入口 ；244:通孔;245:觀察窗口 ；250:下蓋。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0045]下面結(jié)合附圖1至圖7具體描述根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)100。
[0046]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)100包括樣本流流道111、兩個(gè)橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130。具體而言，樣本流流道111在前后方向沿直線延伸，樣本流流道111的兩端形成樣本流入口 11 Ia和液流出口 11 Ib，上層縱向聚焦流流道120疊設(shè)在樣本流流道111的上方且與樣本流流道111連通，下層縱向聚焦流流道130疊設(shè)在樣本流流道111的下方且與樣本流流道111連通，兩個(gè)橫向聚焦流流道112分別設(shè)在樣本流流道111的左側(cè)和右側(cè)，且分別與樣本流流道111、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130連通，每個(gè)橫向聚焦流流道112在液流方向上、從后至前寬度逐漸減小，每個(gè)橫向聚焦流流道112的最大寬度大于樣本流流道111的寬度。
[0047]可選地，該微流道結(jié)構(gòu)100的樣本流流道111、兩個(gè)橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130可以由微流道結(jié)構(gòu)100的殼體限定出，優(yōu)選地，樣本流流道111形成沿前后方向延伸的直線狀，并且樣本流流道111在不同位置上的截面形狀相同、截面面積相等，其中，樣本流流道111的后端形成樣本流入口 111a，樣本流流道111的前端形成液流出口 111b，樣本流流道111可以用于流通樣本流a和聚焦液(例如鞘液流b)。
[0048]兩個(gè)橫向聚焦流流道112分別設(shè)在樣本流流道111的左右兩側(cè)且兩個(gè)橫向聚焦流流道112分別與樣本流流道111連通，樣本流a從樣本流入口 111 a進(jìn)入樣本流流道111內(nèi)，鞘液流b從聚焦流入口 112a進(jìn)入左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130，樣本流a首先和位于樣本流流道111左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112內(nèi)的鞘液流b接觸，隨著橫向聚焦流流道112逐漸收窄，鞘液流b左右對(duì)稱地?cái)D壓樣本流
a、保持樣本流a處于左右中心位置、并減小其橫向尺寸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本流a的橫向聚焦(左右方向的聚焦)。
[0049]上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130分別設(shè)在樣本流流道111的上下兩側(cè)，并且上層縱向聚焦流流道120位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112的上方且與兩個(gè)橫向聚焦流流道112連通，下層縱向聚焦流流道130位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112的下方且與兩個(gè)橫向聚焦流流道112連通，位于樣本流流道111上方和下方的上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130內(nèi)的鞘液流b上下對(duì)稱地?cái)D壓位于中部流道的液流(樣本流a與鞘液流b)，保證其處于上下中心位置，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本流a的縱向聚焦(上下方向的聚焦)。隨后，樣本流a在鞘液流b的包裹下進(jìn)入樣本流流道111的前段，并穩(wěn)定地位于樣本流流道111的中心截面位置，便于對(duì)樣本流a進(jìn)行各類光電檢測。
[0050]也就是說，該微流道結(jié)構(gòu)100為三層流道結(jié)構(gòu)，三層流道相互連通且不存在界面，其中，樣本流流道111和設(shè)在樣本流流道111左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112位于中層，隨著兩個(gè)橫向聚焦流流道112內(nèi)的鞘液流b的從后至前流動(dòng)，兩個(gè)橫向聚焦流流道112內(nèi)的鞘液流b可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本流a的橫向聚焦，上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130分別位于上層和下層，在兩個(gè)縱向聚焦流流道的末端(前端)并入位于中層的樣本流流道111，隨著兩個(gè)縱向聚焦流流道(上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130)的厚度減小，兩個(gè)縱向聚焦流流道內(nèi)的鞘液流b并入樣本流流道111內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本流a的縱向聚焦。
[0051]由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)100，將兩個(gè)橫向聚焦流流道112設(shè)在樣本聚焦流流道的左右兩側(cè)，使樣本流a可以首先實(shí)現(xiàn)橫向聚焦，即在橫向方向(如圖1所示的左右方向)上壓縮樣本流a的尺寸，將上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130分別設(shè)在對(duì)應(yīng)位置上的橫向聚焦流流道112的上方和下方，使樣本流a可以實(shí)現(xiàn)縱向聚焦，即當(dāng)上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130中的鞘液流b對(duì)稱地進(jìn)入中間層的樣本流流道111可壓縮樣本流a的縱向尺寸，從而在整體上實(shí)現(xiàn)樣本流a的二維聚焦，由于鞘液流b的流量遠(yuǎn)大于樣本流a的流量，將橫向聚焦流流道112的寬度設(shè)置成大于樣本流流道111的寬度，可以確保樣本流a與鞘液流b交匯時(shí)、樣本流a的速度/動(dòng)壓略大于鞘液流b、防止樣本流a被鞘液流b沖散，保持液流穩(wěn)定，保證樣本流a的二維聚焦效果。
[0052]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)橫向聚焦流流道112關(guān)于樣本流流道111的縱向中心截面左右對(duì)稱。上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130關(guān)于樣本流流道111的橫向中心截面上下對(duì)稱。
[0053]也就是說，本發(fā)明實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)100主要由三層微流道組成，在整體上呈現(xiàn)左右和上下對(duì)稱，三層微流道間上下貫通、不存在界面，位于上方的第一層微流道(上層縱向聚焦流流道120)的結(jié)構(gòu)和位于下方的第三層微流道(下層縱向聚焦流流道130)的結(jié)構(gòu)相同，位于中間的兩個(gè)橫向聚焦流流道112的結(jié)構(gòu)相同。工作時(shí)，樣本流a從樣本流入口 Illa進(jìn)入在上下方向上、位于中間的樣本流流道111內(nèi)，鞘液流b從聚焦流入口 112a進(jìn)入左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130內(nèi)，樣本流a在鞘液流b的作用下依次實(shí)現(xiàn)橫向聚焦和縱向聚焦，即實(shí)現(xiàn)二維聚焦。由此，通過將兩個(gè)橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130對(duì)稱布置在樣本流流道111的左右、上下方位，可以確保縱向聚焦流流道的鞘液流b壓力與橫向聚焦流流道112中的液流壓力同步變化、維持液流穩(wěn)定，從而保證樣本流a的二維聚焦效果。
[0054]其中，如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上層縱向聚焦流流道120和/或下層縱向聚焦流流道130包括直線流道部121 (131)、左側(cè)弧線流道部122(132)和右側(cè)弧線流道部123(133)。具體而言，直線流道部121 (131)與樣本流流道111在上下方向上對(duì)齊布置，左側(cè)弧線流道部122(132)設(shè)在直線流道部121(131)的左側(cè)，且左側(cè)弧線流道部122(132)的前端與直線流道部121的后端相切且連通，右側(cè)弧線流道部123(133)設(shè)在直線流道部121
(131)的右側(cè)，且右側(cè)弧線流道部123 (133)的前端與直線流道部121 (131)的后端相切且連通，上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130的外側(cè)輪廓線與兩個(gè)橫向聚焦流流道112相背的外側(cè)輪廓線在上下方向上對(duì)齊布置。
[0055]換言之，上層縱向聚焦流流道120主要由位于樣本流流道111上方的直線流道部121和位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112上方的左側(cè)弧線流道部122和右側(cè)弧線流道部123組成，下層縱向聚焦流流道130主要由位于樣本流流道111下方的直線流道部131和位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112下方的左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133組成。其中，位于上方的左側(cè)弧線流道部122和右側(cè)弧線流道部123分別與位于上方的直線流道部121相切設(shè)置且連通且分別與兩個(gè)橫向聚焦流流道112的位置一一對(duì)應(yīng)，位于下方的左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133分別與位于下方的直線流道部131相切設(shè)置且連通且分別與兩個(gè)橫向聚焦流流道112的位置一一對(duì)應(yīng)。
[0056]工作時(shí)，樣本流a從樣本流入口Illa進(jìn)入樣本流流道111內(nèi)，鞘液流b從聚焦流入口112a進(jìn)入左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130內(nèi)，首先，樣本流a和位于樣本流流道111左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112內(nèi)的鞘液流b接觸，隨著橫向聚焦流流道112逐漸收窄，鞘液流b左右對(duì)稱地?cái)D壓樣本流a、保持其處于左右中心位置、并減小其橫向尺寸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本流a的橫向聚焦。隨后，位于樣本流流道111上方和下方的上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130內(nèi)的鞘液流b上下對(duì)稱地?cái)D壓位于中部流道的液流(樣本流a與鞘液流b)，保證其處于上下中心位置，隨著直線流道部121 (131)縱向尺寸的減小，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本流a的縱向聚焦。樣本流a在橫向和縱向兩個(gè)方向上被聚焦，完成了二維聚焦。
[0057]隨后，樣本流a的外周在鞘液流b的包裹下進(jìn)入樣本流流道111的前段，并穩(wěn)定地位于樣本流流道111的中心截面位置，便于對(duì)樣本流a進(jìn)行各類光電檢測。操作中，進(jìn)入左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112以及上下兩側(cè)的上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130的鞘液流b對(duì)稱分布，因而鞘液流b可由一個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，即利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)了二維流體動(dòng)力聚焦，通過選取不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及調(diào)節(jié)液流流量，本發(fā)明實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)100能夠在數(shù)米每秒的中心流速下將樣本流a聚焦至幾微米至二十余微米(樣本流a截面的特征尺寸)，實(shí)現(xiàn)了高流速下的有效聚焦，能夠滿足高速檢測需求。
[0058]由此，橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130相互導(dǎo)通，并將兩個(gè)橫向聚焦流流道112的相背的外側(cè)輪廓與兩個(gè)縱向聚焦流流道(上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130)相背的外側(cè)輪廓設(shè)置成相同，可以確?？v向聚焦流流道的鞘液流b壓力與橫向聚焦流流道112中的液流壓力同步變化、維持液流穩(wěn)定。
[0059]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，左側(cè)弧線流道部122(132)的前端和右側(cè)弧線流道部123(133)的前端連通，且左側(cè)弧線流道部122(132)與右側(cè)弧線流道部123(133)交匯處A的內(nèi)側(cè)輪廓線之間的夾角為α，50° < α < 80° ο
[0060]參照?qǐng)D5，上層縱向聚焦流流道120的左側(cè)弧線流道部122和右側(cè)弧線流道部123從后至前逐漸交匯并使其前端與上層縱向聚焦流流道120的直線流道部121的后端連通，下層縱向聚焦流流道130的左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133從后至前逐漸交匯并使其前端與下層縱向聚焦流流道130的直線流道部131連通。
[0061]其中，左側(cè)弧線流道部122(132)和右側(cè)弧線流道部123(133)交匯處A的內(nèi)側(cè)輪廓線之間的夾角控制在50°至80°之間，例如50°、60°或者80°，這樣可以保證左側(cè)弧線流道部122(132)與右側(cè)弧線流道部123(133)的交匯處A具有一定長度L，通過實(shí)驗(yàn)可知:同層中左側(cè)弧線流道部122(132)與右側(cè)弧線流道部123(133)的交匯處A的流道輪廓需要滿足特殊要求:該交匯處A輪廓在前后方向需要保持適當(dāng)長度L;若交匯處A輪廓的長度L過長會(huì)增大上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130中的鞘液流b對(duì)樣本流a的橫向擠壓、減弱縱向擠壓，從而增大樣本流a聚焦后截面的高度尺寸;若交匯處A輪廓的長度L過短會(huì)使得左側(cè)弧線流道部122(132)與右側(cè)弧線流道部123(133)中的鞘液流由于慣性作用而無法及時(shí)交匯，并在交匯處A產(chǎn)生局部低壓，同時(shí)使第二層微流道(樣本流流道111和兩個(gè)橫向聚焦流流道112)中的液流向上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130中擴(kuò)展，同樣會(huì)增大樣本流a聚焦后的截面的高度尺寸。
[0062]由此，通過將左側(cè)弧線流道部122(132)和右側(cè)弧線流道部123(133)交匯處A輪廓線夾角控制在50°至80°之間，可以保證位于樣本流流道111上方的左側(cè)弧線流道部122和右側(cè)弧線流道部123、位于樣本流流道111下方的左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133交匯處A具有適當(dāng)長度L，使得左側(cè)弧線流道部122(132)與右側(cè)弧線流道部123(133)內(nèi)的鞘液流b隨著二者的交匯、在上下方向上、對(duì)左右兩側(cè)包覆有鞘液流b的樣本流a進(jìn)行擠壓，以有效地穩(wěn)定與樣本流a合并的兩股鞘液流b，有助于提升下游將要進(jìn)行的對(duì)樣本流a的縱向聚焦，從而保證鞘液流b對(duì)樣本流a的縱向聚焦效果。
[0063]可選地，如圖6中B部所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，直線流道部121的前端面形成平面或者中部向前凸出的非平面。工作時(shí)，位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112上方的上層縱向聚焦流流道120的左側(cè)弧線流道部122和右側(cè)弧線流道部123內(nèi)的鞘液流b在二者交匯末端、進(jìn)入位于樣本流流道111上方的直線流道部121，位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112下方的下層縱向聚焦流流道130的左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133內(nèi)的鞘液流b在二者交匯末端、進(jìn)入位于樣本流流道111下方的直線流道部131。
[0064]在本發(fā)明的一些具體事例示例中，將上下兩側(cè)的直線流道部121(131)的前端面形成平面，可以對(duì)樣本流a起到縱向聚焦的效果;在本發(fā)明的另一些具體示例中，將兩個(gè)直線流道部121(131)的前端面可以形成中部向前凸出的非平面，例如若直線流道部121(131)的前端面形成中部向前凸出且對(duì)稱的折角面，即形成兩個(gè)相交的平面，這樣鞘液流b在一段距離的流道截面內(nèi)會(huì)形成四個(gè)對(duì)稱的、具有縱向壓縮效果的渦流，這些渦流進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)樣本流a的縱向聚焦效果。
[0065]優(yōu)選地，如圖7所示，將上層縱向聚焦流流道120的直線流道部121的前端面和下層縱向聚焦流流道130的直線流道部131的前端面均形成中部向前凸出的弧形面，這樣鞘液流b在一段距離的流道截面內(nèi)形成四個(gè)在上下方向和左右方向分別對(duì)稱的、具有縱向壓縮效果的渦流，在此過程中，隨著上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130的厚度的減小，鞘液流b壓縮樣本流a的縱向尺寸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本流a的縱向聚焦，再者，鞘液流b的四個(gè)渦流會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)樣本流a的縱向聚焦，保證樣本流a的縱向聚焦的效果。具體地，可以根據(jù)不同的流量和樣本流a聚焦后的期望尺寸，選取不同的末端輪廓來實(shí)現(xiàn)。
[0066]由此，通過將直線流道部121(131)的前端面設(shè)置為中部向前凸出的非平面，能夠使鞘液流b在樣本流流道111的截面內(nèi)形成四個(gè)對(duì)稱的、具有縱向壓縮效果的渦流，這些渦流可以進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)樣本流a的縱向聚焦效果。
[0067]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)橫向聚焦流流道112分別形成相背設(shè)置的弧形，且每個(gè)橫向聚焦流流道112的寬度大于左側(cè)弧線流道部122(132)和右側(cè)弧線流道部123(133)的寬度。
[0068]換言之，樣本流流道111形成沿前后方向延伸的直流道，兩個(gè)橫向聚焦流流道112設(shè)在樣本流流道111的左右兩側(cè)且兩個(gè)橫向聚焦流流道112形成兩條交匯的弧形微流道，位于樣本流流道111上方的上層縱向聚焦流流道120的左側(cè)弧線流道部122和右側(cè)弧線流道部123、位于樣本流流道111下方的下層縱向聚焦流流道130的左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133分別形成與兩個(gè)橫向聚焦流流道112的外形輪廓對(duì)應(yīng)的弧形微流道。將橫向聚焦流流道112的寬度設(shè)置為大于左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133的寬度，使得兩條橫向聚焦流流道112內(nèi)的鞘液流b首先在液流方向上逐漸交匯，工作時(shí)，位于樣本流流道111的左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112內(nèi)的鞘液流b首先與樣本流a接觸，隨著橫向聚焦流流道112逐漸收窄，鞘液流b左右對(duì)稱地?cái)D壓樣本流a、保持其處于左右中心位置、并減小其橫向尺寸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本流a的橫向聚焦。然后上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130內(nèi)的鞘液流b上下對(duì)稱地?cái)D壓樣本流a，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本流a的縱向聚焦。
[0069]由此，將兩條橫向聚焦流流道112對(duì)稱設(shè)在樣本流流道111的左右兩側(cè)，以將樣本流a聚焦在中心位置處，在左右對(duì)稱的橫向聚焦流流道112內(nèi)引入鞘液流b，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本流a的橫向聚焦；由于鞘液流b的流量遠(yuǎn)大于樣本流a的流量，將橫向聚焦流流道112的寬度設(shè)置成大于樣本流流道111的寬度，可以確保樣本流a與鞘液流b交匯時(shí)、樣本流a的速度/動(dòng)壓略大于鞘液流b、防止樣本流a被鞘液流b沖散。將橫向聚焦流流道112的寬度設(shè)置成大于左側(cè)弧線流道部122(132)或右側(cè)弧線流道部123(133)的寬度，有利于在保證樣本流a首先進(jìn)行橫向聚焦，待到橫向聚焦穩(wěn)定的情況下、再對(duì)樣本流a實(shí)現(xiàn)縱向聚焦，提高樣本流a的二維聚焦效果。
[0070]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)橫向聚焦流流道112的相背的外側(cè)輪廓線和相對(duì)的內(nèi)側(cè)輪廓線分別與樣本流流道111的外輪廓線相切設(shè)置。由此，兩條橫向聚焦流流道112與樣本流流道111相切、在前后方向上緩慢地并入中間的樣本流流道111，可以約束鞘液流b在聚焦和轉(zhuǎn)向過程中保持層流狀態(tài)、流向順滑變化，流線無突變，從而減小流動(dòng)阻力、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。橫向聚焦流流道112與樣本流流道111之間較長的交匯距離，可以使樣本流a在與縱向聚焦流流道中的鞘液流b交匯前、達(dá)到穩(wěn)定的橫向聚焦?fàn)顟B(tài)，保證液流的穩(wěn)定性。
[0071]其中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，樣本流流道111的縱向厚度與兩個(gè)橫向聚焦流流道112的縱向厚度相等，上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130的縱向厚度相等。從而保證橫向聚焦的穩(wěn)定性，上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130的縱向厚度相等，從而保證縱向聚焦的穩(wěn)定性。
[0072]在本發(fā)明的一些【具體實(shí)施方式】中，樣本流流道111的縱向厚度與上層縱向聚焦流流道120/下層縱向聚焦流流道130的縱向厚度相等。換言之，位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112的上方的上層縱向聚焦流流道120與位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112的下方的下層縱向聚焦流流道130在上下方向上的厚度相等，并且上層縱向聚焦流流道120的厚度和下層縱向聚焦流流道130的厚度分別與樣本流流道111、兩個(gè)橫向聚焦流流道112的厚度相等，在微流道結(jié)構(gòu)100的整體上、三層微流道的厚度相等，可以滿足將樣本流a聚焦在垂直中心的要求。
[0073]在本發(fā)明的另一些【具體實(shí)施方式】中，樣本流流道111的縱向厚度與上層縱向聚焦流流道120/下層縱向聚焦流流道130的縱向厚度不相等。換言之，位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112的上方的上層縱向聚焦流流道120與位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112的下方的下層縱向聚焦流流道130在上下方向上的厚度相等，并且上層縱向聚焦流流道120的厚度和下層縱向聚焦流流道130的厚度分別與樣本流流道111、兩個(gè)橫向聚焦流流道112的厚度不相等，在微流道結(jié)構(gòu)100的整體上、位于上方和下方的微流道的厚度與位于中部的微流道的厚度不相等，通過調(diào)整縱向聚焦流流道的厚度，可以增加或減少鞘液流b在縱向聚焦流流道中的流量，從而增強(qiáng)或減弱對(duì)樣本流a的縱向聚焦效果。
[0074]其中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括兩個(gè)聚焦流入口112a，兩個(gè)聚焦流入口112a分別與兩個(gè)橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130連通，兩個(gè)聚焦流入口 112a通過管路與一個(gè)液流源c連通。
[0075]具體地，如圖1所示，位于樣本流a的左側(cè)的橫向聚焦流流道112的后端、上層縱向120的左側(cè)弧線流道部122的后端和下層縱向聚焦流流道130的左側(cè)弧線流道部132的后端形成一個(gè)聚焦流入口 112a，即該聚焦流入口 112a同時(shí)與位于左側(cè)的橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130的后端導(dǎo)通，位于樣本流a右側(cè)的橫向聚焦流流道112的后端、上層縱向120的右側(cè)弧線流道部123的后端和下層縱向聚焦流流道130的右側(cè)弧線流道部133的后端形成另一個(gè)聚焦流入口 112a，即該聚焦流入口 112a同時(shí)與位于右側(cè)的橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130的后端導(dǎo)通。
[0076]其中，鞘液流b可以由一個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)通過兩個(gè)聚焦流入口112a進(jìn)入左右對(duì)稱的橫向聚焦流流道112和上下對(duì)稱的上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130內(nèi)，即利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦，保證鞘液流b的對(duì)稱分布。該微流道結(jié)構(gòu)100能夠在每秒數(shù)米的中心流速下將樣本流a聚焦至其截面的特征尺寸幾為微米至二十余微米，SP可以實(shí)現(xiàn)高流速下的有效聚焦。
[0077]下面結(jié)合多個(gè)實(shí)施例具體描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)100。
[0078]微流道結(jié)構(gòu)100在整體上、呈現(xiàn)左右和上下對(duì)稱，其由三層微流道組成，三層微流道之間上下貫通、不存在界面，其中，第二層微流道設(shè)在第一層微流道和第三層微流道之間，第一層和第三層微流道的結(jié)構(gòu)相同，如圖3所示，第一層微流道為上層縱向聚焦流流道120，其中上層縱向聚焦流流道120包括直線流道部121以及兩條交匯的左側(cè)弧線流道部122和右側(cè)弧線流道部123，第三層微流道為下層縱向聚焦流流道130，其中下層縱向聚焦流流道130包括直線流道部131以及兩條交匯的左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133，第二層微流道主要由一條處于中間位置的樣本流流道111和兩條匯入樣本流流道111的成弧形的橫向聚焦流流道112組成，并且橫向聚焦流流道112的寬度大于樣本流流道111的寬度;三層微流道中所有的弧形微流道具有相同的外側(cè)輪廓。
[0079]工作時(shí)，樣本流a從樣本流流道111的樣本流入口11 Ia進(jìn)入，鞘液流b從聚焦流入口112a進(jìn)入左右兩側(cè)的弧形微流道(包括位于樣本流流道111左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130)，樣本流a在鞘液流b的作用下依次實(shí)現(xiàn)橫向聚焦和縱向聚焦，即二維聚焦。首先，樣本流a和第二層的兩條弧形微流道(橫向聚焦流流道112)中的鞘液流b接觸，隨著橫向聚焦流流道112逐漸收窄，鞘液流b左右對(duì)稱地?cái)D壓樣本流a、保持其處于左右中心位置、并減小其橫向尺寸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本流a的橫向聚焦，如圖3所示的流道截面。
[0080]隨后，在橫向聚焦流流道112的末端(如圖3所示的前端)，第一層微流道(上層縱向聚焦流流道120)和第三層微流道(下層縱向聚焦流流道130)中的鞘液流b進(jìn)入到第二層微流道內(nèi)，上下對(duì)稱地?cái)D壓第二層微流道中的液流、保持其處于上下中心位置、并減小其縱向尺寸，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本流a的縱向聚焦。樣本流a在橫向和縱向兩個(gè)方向上被聚焦，完成了二維聚焦。之后，樣本流a在鞘液流b的包裹下進(jìn)入樣本流流道111的前段，并穩(wěn)定地位于樣本流流道111截面的中心位置，如圖3中的流道截面，從而便于對(duì)樣本流a進(jìn)行各類光電檢測。優(yōu)選地，如圖4所示，在操作中，進(jìn)入左右兩側(cè)弧形微流道的鞘液流b對(duì)稱分布，因而鞘液流b可由一個(gè)液流源C供給，即利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)了二維流體動(dòng)力聚焦。
[0081 ] 實(shí)施例一
[0082]第一層微流道和第三層微流道的與第二層的微流道連通，且具有與其相同的外側(cè)輪廓，以保證其中的鞘液流b壓力與第二層微流道中的液流壓力同步變化，并維持系統(tǒng)內(nèi)液流的穩(wěn)定;第一層微流道(上層縱向聚焦流流道120)或第三層微流道(下層縱向聚焦流流道130)中兩條弧形微流道(左側(cè)弧線流道部122(132)和右側(cè)弧線流道部123(133))交匯位置處的流道輪廓需在前后方向需要保持適當(dāng)長度L，長度過長會(huì)增大第一層微流道和第三層微流道中的鞘液流b對(duì)樣本流a的橫向擠壓、減弱縱向擠壓、增大樣本流a聚焦后截面的高度尺寸，長度過短則使得弧形微流道中的鞘液流b由于慣性作用而無法及時(shí)交匯、在交匯處A產(chǎn)生局部低壓、第二層微流道中的液流向第一層微流道和第三層微流道中擴(kuò)展、增大樣本流a聚焦后截面的高度尺寸，因此，本發(fā)明實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)100的左側(cè)弧線流道部122(132)和右側(cè)弧線流道部123(133)的交匯位置處的流道輪廓采用α = 50°-80°結(jié)構(gòu)，從而解決上述問題。
[0083]具體地，在本實(shí)施例中，第二層微流道的高度與第一層微流道和第三層微流道的高度相等，三層微流道的高度均選取為150μπι，位于第二層的樣本流流道111的寬度選取為300μπι，第一層微流道或第三層微流道中兩條弧形微流道交匯處A的流道內(nèi)側(cè)輪廓夾角選取為70°，位于樣本流流道111上方和下方的兩個(gè)直線流道部121(131)的前端面為弧形面，該微流道結(jié)構(gòu)100能夠?qū)崿F(xiàn)在高速聚焦，聚焦后樣本流a的流速可達(dá)數(shù)米每秒。
[0084]首先，選取樣本流a流量為0.5yL/s、鞘液流b流量為120yL/s對(duì)樣本流a進(jìn)行二維聚焦實(shí)驗(yàn)，隨后，樣本流a聚焦后的截面形狀近似為12μπιΧ12μπι(寬X高)的方形，樣本流a的流速達(dá)到5.lm/s。
[0085]選取樣本流a流量為lyL/s、鞘液流b流量為100yL/S，隨后樣本流a聚焦后的截面形狀近似為13μ?? X 24μπι(寬X高)的矩形，此時(shí)，樣本流a位于流道的中心，樣本流a的流速達(dá)到4.3m/sο
[0086]選取樣本流a流量為lyL/s、鞘液流b流量為120yL/s，隨后樣本流a聚焦后的截面形狀近似為17μπι X 14μπι(寬X高)的矩形，樣本流a的流速達(dá)到5.lm/s。
[0087]實(shí)驗(yàn)可得，該微流道結(jié)構(gòu)100能夠通過調(diào)節(jié)樣本流a流量和鞘液流b流量來實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本流a聚焦后截面尺寸的調(diào)節(jié)。
[0088]實(shí)施例二
[0089]在本實(shí)施例中，第一層微流道和第三層微流道的高度相等，以滿足將樣本流a聚焦在垂直中心的要求。第二層微流道的高度可與第一層和第三層微流道的高度不同，保持第二層微流道高度不變，通過同時(shí)增大或減小第一層微流道和第三層微流道的高度，可以增加或減少鞘液流b在這兩層微流道中的流量，從而增強(qiáng)或減弱對(duì)樣本流a的縱向聚焦效果(對(duì)應(yīng)地減弱后增強(qiáng)對(duì)樣本流a的橫向聚焦效果)。
[0090]具體地，該實(shí)施例中第二層微流道的高度為150μπι、第一層和第三層微流道可選不同的高度，其他尺寸均與實(shí)施例一相同。選取樣本流a流量lyL/s、鞘液流b流量140yL/s，聚焦后樣本流a的流速達(dá)到6.lm/s，樣本流a位于流道的中心。例如:
[0091]選取第一層微流道和第三層微流道的高度為ΙΟΟμπι，此時(shí)，樣本流a聚焦后的截面形狀近似為6μηιΧ30μηι(寬X高)的矩形。
[0092]選取第一層微流道和第三層微流道的高度為150μπι，此時(shí)，樣本流a聚焦后的截面形狀近似為14μηι X 14μηι(寬X高)的矩形。
[0093]選取第一層微流道和第三層微流道的高度為200μπι，此時(shí)，樣本流a聚焦后的截面形狀近似為22μηι X 9μηι(寬X高)的矩形。
[0094]實(shí)驗(yàn)可得，通過同時(shí)調(diào)整第一層微流道和第三層微流道的高度，可以改變樣本流a的二維聚焦后的截面尺寸，可以通過選擇合適的第一層微流道和第三層微流道的厚度，獲得所需的樣本流a的二維聚焦效果。
[0095]實(shí)施例三
[0096]如圖7所示，在本實(shí)施例中，選取樣本流a流量lyL/s、鞘液流b流量120yL/s，聚焦后樣本流a的流速達(dá)到5.lm/s，樣本流a位于流道的中心，選取直線流道部121(131)的前端面為平面、折角面或者弧形面的微流道結(jié)構(gòu)100，其他尺寸均與實(shí)施例一的微流道結(jié)構(gòu)100的尺寸相同。
[0097]當(dāng)直線流道部121(131)的前端面采用平面時(shí)，第一層微流道和第三層微流道內(nèi)的鞘液流b對(duì)樣本流a的縱向聚焦效果有限，樣本流a聚焦后的截面形狀近似為6μπιΧ50μπι(寬X高)的矩形。
[0098]當(dāng)直線流道部121(131)的前端面采用折角面時(shí)，鞘液流b在一段距離的流道截面內(nèi)會(huì)形成四個(gè)對(duì)稱的、具有縱向壓縮效果的渦流，這些渦流進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)樣本流a的縱向聚焦效果，如將直線流道部121 (131)的前端面設(shè)置為角度為120°折角面時(shí)，樣本流a聚焦后的截面形狀近似為15μπιΧ 15μπι(寬X高)的方形。
[0099]當(dāng)直線流道部121(131)的前端面采用弧形面時(shí)，鞘液流b同樣會(huì)產(chǎn)生渦流，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)樣本流a的縱向聚焦，如選用半圓形時(shí)樣本流a聚焦后的截面形狀近似為17μπιΧ14μπι(寬X高)的矩形。
[0100]實(shí)驗(yàn)可得，該微流道結(jié)構(gòu)100能夠通過調(diào)節(jié)直線流道部121(131)的前端面的輪廓形狀來實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本流a聚焦后截面尺寸的調(diào)節(jié)，從而獲得對(duì)樣本流a的不同的縱向聚焦效果O
[0101]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)100，具有二維聚焦功能，通過選取不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及調(diào)節(jié)液流流量，可以使得聚焦效果可控，并且兼具流動(dòng)阻力低、適用于寬流速范圍等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足高速檢測需求，再者，該微流道結(jié)構(gòu)100可以利用單路鞘液將兩個(gè)鞘液流b的入口通過導(dǎo)管等合并為一路并連接至一個(gè)液流源C，從而實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦。
[0102]下面結(jié)合附圖1至圖9具體描述根據(jù)本發(fā)明第二方面的微流體芯片I。
[0103]根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的微流體芯片I，包括根據(jù)上述實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)100。由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)100具有上述技術(shù)效果，因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微流體芯片I也具有上述技術(shù)效果，即該微流體芯片I的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，可以用于檢測細(xì)胞、胚胎、RNA、DNA、蛋白質(zhì)顆粒、微生物、病毒等生物微粒，在檢測中，微流體芯片I可以穩(wěn)定地將包含生物微粒的樣本流進(jìn)行二維聚焦，使其聚焦在微流道的中心位置，以提高檢測的準(zhǔn)確性、靈敏度和穩(wěn)定性。
[0104]其中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括第一片體210、第二片體220、第三片體230、上蓋240和下蓋250 ο具體而言，第一片體210上形成有樣本流流道111和兩個(gè)橫向聚焦流流道112，第二片體220疊設(shè)在第一片體210的上方，且第二片體220上形成有上層縱向聚焦流流道120，第三片體230疊設(shè)在第一片體210的下方，且第三片體230上形成有下層縱向聚焦流流道130，上蓋240疊設(shè)在第二片體220的上方，下蓋250疊設(shè)在第三片體230的下方，上蓋240和下蓋250中的至少一個(gè)設(shè)有聚焦流注入口 243、與樣本流入口 11 Ia連通的樣本流注入口241和與液流出口 111b連通的輸出口 242。
[0105]參照?qǐng)D8和圖9，該微流體芯片I主要由第一片體210、第二片體220、第三片體230、上蓋240和下蓋250組成。其中，上蓋240、第二片體220、第一片體210、第三片體230、下蓋250依次從上至下疊加設(shè)置，上蓋240、第二片體220、第一片體210、第三片體230、下蓋250的四角均設(shè)有通孔244，方便微流體芯片I的定位和固定，還可以通過熱壓鍵合、膠合、螺栓緊固、激光鍵合、原子鍵合等不同手段實(shí)現(xiàn)組裝?？蛇x地，微流體芯片I可以采用玻璃、石英、高分子聚合物、陶瓷、金屬等不同材質(zhì)加工而成。
[0106]具體地，如圖1至圖7以及圖9所示，第一片體210上形成有樣本流流道111和設(shè)在樣本流流道111左右兩側(cè)的橫向聚焦流流道112，第二片體220和第三片體230分別設(shè)在第一片體210的上方和下方，且第二片體220上形成有上層縱向聚焦流流道120，上層縱向聚焦流流道120的左側(cè)弧線流道部122和右側(cè)弧線流道部123分別位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112的上方且與兩個(gè)橫向聚焦流流道112導(dǎo)通，上層縱向聚焦流流道120的直線流道部121位于樣本流流道111的上方且與樣本流流道111導(dǎo)通，上層縱向聚焦流流道120的外側(cè)在上下方向上、與兩個(gè)橫向聚焦流流道112以及樣本流流道111對(duì)齊設(shè)置，第三片體230上形成有下層縱向聚焦流流道130，下層縱向聚焦流流道130的左側(cè)弧線流道部132和右側(cè)弧線流道部133分別位于兩個(gè)橫向聚焦流流道112的下方且與兩個(gè)橫向聚焦流流道112導(dǎo)通，下層縱向聚焦流流道130的直線流道部131位于樣本流流道111的下方且與樣本流流道111導(dǎo)通，下層縱向聚焦流流道130的外側(cè)在上下方向上、與兩個(gè)橫向聚焦流流道112以及樣本流流道111對(duì)齊設(shè)置，可選地，兩個(gè)橫向聚焦流流道112、上層縱向聚焦流流道120和下層縱向聚焦流流道130的左側(cè)弧線流道部122(132)和右側(cè)弧線流道部123(133)分別形成相對(duì)設(shè)置且外側(cè)輪廓相同的弧形，橫向聚焦流流道112的寬度分別大于樣本流流道111的寬度、左側(cè)弧線流道部122
(132)和右側(cè)弧線流道部123(133)的寬度。
[0107]其中，微流體芯片I的上蓋240和下蓋250中的至少一個(gè)設(shè)有觀察窗口245，便于光學(xué)檢測。上蓋240和下蓋250中的一個(gè)設(shè)有樣本流注入口 241、輸出口 242和聚焦流注入口243，其中，樣本流注入口 241與第一片體210的樣本流入口 11 Ia導(dǎo)通，輸出口 242與第一片體210上的液流出口 Illb導(dǎo)通，聚焦流注入口 243與微流道結(jié)構(gòu)100的聚焦流入口 112a導(dǎo)通，可將兩個(gè)鞘液流b的聚焦流注入口 243通過微流體芯片I外部的導(dǎo)管合并為一路并連接至一個(gè)液流源C，從而實(shí)現(xiàn)單鞘液聚焦。
[0108]在使用中，本發(fā)明第一方面實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)100既可以作為微流體芯片I中的一個(gè)功能模塊，也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)專用于二維流體動(dòng)力聚焦的微流體芯片1，制成的微流體芯片I可以作為一種功能器件，既可以配合其他設(shè)備組成一套開放的系統(tǒng)平臺(tái)，也可以基于此開發(fā)出便攜式的儀器或設(shè)備，或替代傳統(tǒng)儀器或設(shè)備中的流體動(dòng)力聚焦器件。
[0109]該微流體芯片I可以用于檢測細(xì)胞、胚胎、RNA、DNA、蛋白質(zhì)顆粒、微生物、病毒等生物微粒。在檢測中，該微流體芯片I可以穩(wěn)定地將包含生物微粒的樣本流a聚焦在微流道的中心位置，以提高檢測的準(zhǔn)確性、靈敏度和穩(wěn)定性。
[0110]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微流體芯片I的其他構(gòu)成以及操作對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，這里不再詳細(xì)描述。
[0111]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0112]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。
[0113]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0114]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0115]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0116]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 樣本流流道，所述樣本流流道在前后方向沿直線延伸，所述樣本流流道的兩端形成樣本流入口和液流出口； 上層縱向聚焦流流道，所述上層縱向聚焦流流道疊設(shè)在所述樣本流流道的上方且與所述樣本流流道連通； 下層縱向聚焦流流道，所述下層縱向聚焦流流道疊設(shè)在所述樣本流流道的下方且與所述樣本流流道連通； 兩個(gè)橫向聚焦流流道，所述兩個(gè)橫向聚焦流流道分別設(shè)在所述樣本流流道的左側(cè)和右側(cè)，且分別與所述樣本流流道、所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道連通，每個(gè)所述橫向聚焦流流道在液流方向上、從后至前寬度逐漸減小，每個(gè)所述橫向聚焦流流道的最大寬度大于所述樣本流流道的寬度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述兩個(gè)橫向聚焦流流道關(guān)于所述樣本流流道的縱向中心截面左右對(duì)稱。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道關(guān)于所述樣本流流道的橫向中心截面上下對(duì)稱。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上層縱向聚焦流流道和/或所述下層縱向聚焦流流道包括: 直線流道部，所述直線流道部與所述樣本流流道在上下方向上對(duì)齊布置； 左側(cè)弧線流道部，所述左側(cè)弧線流道部設(shè)在所述直線流道部的左側(cè)，且所述左側(cè)弧線流道部的前端與所述直線流道部的后端相切且連通； 右側(cè)弧線流道部，所述右側(cè)弧線流道部設(shè)在所述直線流道部的右側(cè)，且所述右側(cè)弧線流道部的前端與所述直線流道部的后端相切且連通， 所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道的外側(cè)輪廓線與所述兩個(gè)橫向聚焦流流道相背的外側(cè)輪廓線在上下方向上對(duì)齊布置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述左側(cè)弧線流道部的前端和所述右側(cè)弧線流道部的前端連通，且所述左側(cè)弧線流道部與所述右側(cè)弧線流道部交匯處的內(nèi)側(cè)輪廓線之間的夾角為α，50° < α < 80° ο6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述直線流道部的前端面形成平面或者中部向前凸出的非平面。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述兩個(gè)橫向聚焦流流道分別形成相背設(shè)置的弧形，且每個(gè)所述橫向聚焦流流道的寬度大于所述左側(cè)弧線流道部和所述右側(cè)弧線流道部的寬度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個(gè)所述橫向聚焦流流道的相背的外側(cè)輪廓線和相對(duì)的內(nèi)側(cè)輪廓線分別與所述樣本流流道的外輪廓線相切設(shè)置。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樣本流流道的縱向厚度與兩個(gè)所述橫向聚焦流流道的縱向厚度相等，所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道的縱向厚度相等。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樣本流流道的縱向厚度與所述上層縱向聚焦流流道/所述下層縱向聚焦流流道的縱向厚度相等。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樣本流流道的縱向厚度與所述上層縱向聚焦流流道/所述下層縱向聚焦流流道的縱向厚度不相等。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括兩個(gè)聚焦流入口，所述兩個(gè)聚焦流入口分別與兩個(gè)所述橫向聚焦流流道、所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道連通，所述兩個(gè)聚焦流入口通過管路與一個(gè)液流源連通。13.—種微流體芯片，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的利用單路鞘液實(shí)現(xiàn)二維流體動(dòng)力聚焦的微流道結(jié)構(gòu)。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微流體芯片，其特征在于，包括: 第一片體，所述第一片體上形成有所述樣本流流道和兩個(gè)所述橫向聚焦流流道； 第二片體，所述第二片體疊設(shè)在所述第一片體的上方，且所述第二片體上形成有所述上層縱向聚焦流流道； 第三片體，所述第三片體疊設(shè)在所述第一片體的下方，且所述第三片體上形成有所述下層縱向聚焦流流道； 上蓋，所述上蓋疊設(shè)在所述第二片體的上方； 下蓋，所述下蓋疊設(shè)在所述第三片體的下方，所述上蓋和所述下蓋中的至少一個(gè)設(shè)有聚焦流注入口、與所述樣本流入口連通的樣本流注入口和與所述液流出口連通的輸出口。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK105854963SQ201610210300
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】尤政, 趙精晶, 李濱
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)